Приведите схему системы экстремального управления технолог процессом
Рассмотрим, процесс, в котором для определения технологического режима, обеспечивающего наилучшее качество выходного продукта, необходимо знать свойства входного продукта. Зависимость качества выходного продукта от свойств входного описывается функцией Q = Q [хk(t), х (t)], где х(t) текущее значение управляемых переменных; хk(t) контролируемые переменные, характеризующие свойства входного продукта. Для определения технологического режима требуется найти такое значение х(t) = х*(t). Qmax=Q(xk(t), x*(t)). (8)
Технологический режим х*(t) является оптимальным по критерию (8). Возможная схема системы, реализующей описанное управление для технологического процесса с одной управляемой переменной, изображена на рис. 17.
Вычислительное устройство, которое назовем программатором ПР, получает информацию о текущих значениях управляемой переменной х(t) и переменной хk(t), характеризующей свойства входного продукта, и на основе критерия оптимальности вычисляет х*(t). По ошибке регулирования ε(t), определяемой элементом сравнения, устройство регулирования УР формирует регулирующее воздействие и(t).
Рис.17. Схема системы экстремального управления
Для осуществления оптимального управления необходимо, во-первых, экстремизируя заданный критерий, найти оптимальную программу управления (технологический режим), во-вторых, регулировать технологический процесс, используя технологический режим как задающее воздействие. Построенные на этом принципе системы управления являются оптимальными по программе управления и называются экстремальными системами управления.
17) Смешанная (предметно-технологическая) структура характеризуется наличием на одном и том же машиностроительном заводе основных цехов, организованньх и по предметному, и по технологическому принципу. Например, на машиностроительных предприятиях массового производства заготовительные цехи (литейные, кузнечные, прессовые), как правило, организуются по технологическому принципу, а механосборочные — по предметному принципу. Предприятия этого типа производственной структуры преобладают в машиностроении, легкой промышленности (обувная, швейная, мебельная) и некоторых других отраслях. К числу преимуществ такого построения производства относятся: уменьшение объемов внутрицеховых перевозок, сокращение длительности производственного цикла изготовления продукции, улучшение условий труда, более высокий уровень загрузки оборудования, рост производительности труда, снижение себестоимости изделий.1
18)Системы оптимизации порядка выполнения технологических операций. в дискретных процессах технологический режим определяется порядком и длительностью выполнения технологических операций. Выбор порядка и длительности, т. е. программы управления, заключается в определении времени начала и окончания операций на определенном станке с учетом заданной технологии обработки деталей, производительности станков, длительности их переналадки и ряда других факторов. Критерием оптимальности является время технологического цикла, которое требуется минимизировать. Для оптимального выбора программы требуется решить задачу комбинаторного типа, размерность которой зависит от разнообразия обрабатываемых деталей и числа обрабатывающих станков. Число различных вариантов программы оценивается величиной (m!)n, где m число типов обрабатываемых деталей, п число обрабатывающих станков.
Очевидно, даже для небольшого технологического участка (три-четыре станка, пять-шесть деталей) число вариантов программы оказывается столь большим, что исключает возможность использования простых вычислительных алгоритмов для отыскания оптимального решения. Практическая значимость задач этого типа обусловила развитие большого количества методов их решения, совокупность которых составляет теорию расписания или календарное планирование.
Дискретное производство в отличие от непрерывного характеризуется большей стабильностью технологического режима, что позволяет рассчитывать его заранее, а в процессе управления осуществлять лишь оперативное регулирование. Поэтому выбор программы управления в дискретных производственных процессах выделен в самостоятельную функцию управления планирование работы технологических подразделений (участок, линия и т. п.).
19) Схема разделения системы на подсистемы Относительность точки зрения на систему проявляется и в том, что одну и ту же совокупность элементов допустимо рассматривать либо как систему, либо как часть некоторой, более крупной системы, т. е. множество элементов системы можно разделить на ряд подмножеств. Часть системы, образованная из элементов подмножества, называют подсистемой. Пусть система S образована из элементов 112 {х1, х2, ..., х12}, связанных между собой некоторым образом.
Один из возможных вариантов разбиения системы S на три подсистемы А, В и С показан на рис. 2, а. Очевидно, подмножество элементов (х1, х2, х3, х4) образующих подсистему А, можно рассматривать как систему, тогда В и С будут элементами внешней среды. Предположим, что исследователя не интересуют свойства элементов и структура подсистем А, В и С, так как решаемая задача допускает рассмотрение свойств и связей систем А, В и С. В этом случае система упростится, как показано на рис. 2, б, т. е. подсистемы А, В и С будут рассматриваться как элементы системы S.
Таким образом, каждая система может рассматриваться либо как подсистема или элемент некоторой, более крупной системы, либо как совокупность элементов, каждый из которых допустимо определить как систему. Существует иерархия систем, в которой элементами системы t-го уровня являются системы (t + 1)-го уровня (рис. 3). Например, промышленное предприятие можно представить как систему, элементами которой являются цехи. Цех может быть представлен как совокупность производственных участков и рабочих мест.
Рис.2. Разделение системы на подсистемы
Очевидно, выбрав в качестве исходного уровня рассмотрения предприятие, исследователь может расширять представления о системе не только «вниз», как показано, но и «вверх», т. е. переопределяя выделенную систему (в данном случае предприятие) как подсистему или элемент более крупной системы (например, объединения, корпорации или отрасли промышленности).
20) Для достижения цели процесса рабочие операции должны организовываться и направляться действиями другого рода операциями управления. Так, в процессе токарной обработки детали совершаются такие операции управления, как своевременное включение и выключение станка, поддержание заданного числа оборотов заготовки, целенаправленное изменение скорости, направления движения резца и т. п. Совокупность операций управления образуют процесс управления.
Система, в которой осуществляется процесс управления, называется системой управления. В структурном аспекте любую систему управления можно представить взаимосвязанной совокупностью объекта управления (управляемой подсистемы) и управляющего органа (управляющей подсистемы) (рис. 4). Объектом управления могут быть отдельный механизм, машина, станок, агрегат, бригада рабочих или отдельный рабочий, цех или все предприятие, производственное объединение или отрасль народного хозяйства. В качестве управляющего органа можно рассматривать устройство или человека, управляющих станком, агрегатом, механизмом. Управляющим органом являются также бригадир, осуществляющий руководство бригадой, управленческий персонал цеха, завода или министерства.
Рис.4. Обобщенная структура системы управления
Любой процесс управления должен быть целенаправленным. Это значит, что управляющему органу должна быть известна цель управления, т. е. информация, используя которую можно определить желаемое состояние объекта управления. Управляющий орган воздействует на объект управления так, чтобы его состояние соответствовало желаемому. Объект управления представляет собой открытую систему, а значит находится В Динамическом взаимодействии с внешней средой.
Влияние внешней среды на объект управления, как правило, носит неконтролируемый характер и выражается в случайном изменении его состояния. Воздействие окружающей среды на объект управления называют возмущающим воздействием
21) При предметной структуре основные цехи предприятия, их участки строятся по признаку изготовления каждым из них определенного изделия либо какой-нибудь из его частей (узла, агрегата) или определенной группы деталей. Предметная структура преимущественно применяется в механосборочных и сборочных цехах заводов крупносерийного и массового производства. Примером предметной структуры на автомобильном заводе могут служить цехи по изготовлению двигателей, шасси, коробок передач, кузовов; на станкостроительном — цехи по изготовлению станин, шпинделей, валов, корпусных деталей; на обувной фабрике — цехи рантовой обуви и т.д.
Предметная структура имеет большие преимущества. Она упрощает и ограничивает формы производственной взаимосвязи между цехами, сокращает путь движения деталей, упрощает и удешевляет межцеховой и цеховой транспорт, уменьшает длительность производственного цикла, повышает ответственность работников за качество работ. Предметная структура цехов позволяет расставить оборудование по ходу технологического процесса, применить высокопроизводительные станки, инструменты, штампы, приспособления. Все это, в конечном счете, обеспечивает увеличение выпуска продукции, повышение производительности труда и снижение себестоимости изделий
22) Структурная схема системы ЧПУ представлена на рисунке 1, а. Чертеж детали (ЧД), подлежащий обработке на станке с ЧПУ, одновременно поступает в систему подготовки программы (СПП) и систему технологической подготовки (СТП). Последняя обеспечивает систему подготовки программы данными о разрабатываемом технологическом процессе, режимах резания и так далее. На основании этих данных разрабатывается управляющая программа (УП). Наладчики устанавливают на станок приспособления, режущие инструменты согласно документации, разработанной в системе технологической подготовки. Установку заготовки и снятие готовой детали осуществляет оператор или автоматический загрузчик. Считывающее устройство (СУ) считывает информацию с носителя программы. Информация поступает в устройство ЧПУ, которое выдает управляющие команды на целевые механизмы (ЦМ) станка, осуществляющие основные и вспомогательные движения цикла обработки. Операционная система на основе информации (фактическое положение, скорость перемещения исполнительных узлов, фактический размер обрабатываемой поверхности, тепловые и силовые параметры технологической системы и др.) контролируют величину перемещения целевого механизма. Станок содержит несколько целевых механизмов, каждый из которых включает в себя (рисунок 1, б): двигатель (ДВ), являющийся источником энергии; передачу (П), служащую для преобразования энергии и ее передачи от двигателя к исполнительному органу (ИО); собственно исполнительный орган (стол, салазки, суппорт, шпиндель и т.д.), выполняющие координатные перемещения цикла.
Рисунок 16 - Структурная схема системы ЧПУ и целевого механизма
Система ЧПУ может видоизменяться в зависимости от вида программоносителя, способа кодирования информации в управляющей программе и метода ее передачи в систему ЧПУ. Устройство ЧПУ размещают рядом со станком (в одном или двух шкафах) или непосредственно на станке (в подвесных или стационарных пультах управления). Двигатели приводов подач станков с ЧПУ, имеющие специальную конструкцию и работающие с конкретным устройством ЧПУ, являются составной частью системы ЧПУ.
23) Технологическая структура предопределяет четкую технологическую обособленность. Например, наличие литейного, кузнечно-штамповочного, механического, сборочного цехов. Этот тип производственной структуры упрощает руководство цехом (или участком), позволяет маневрировать расстановкой людей, облегчает перестройку производства с одной номенклатуры изделий на другую. К числу недостатков относятся: возникновение встречных маршрутов движения изделий, усложнение производственных взаимосвязей цехов, весомые затраты времени на переналадку оборудования, ограниченная возможность применения высокопроизводительных специальных станков, инструментов, приспособлений. Все это сдерживает рост производительности труда и снижение себестоимости продукции.
24) Статические и астатические системы.Одной из существенных характеристик САУ является зависимость между значением управляемого параметра у(t) и величиной внешнего воздействия f(t) (нагрузкой) на объект управления По виду зависимости между значением управляемого параметра и нагрузкой системы делят на статические и астатические (рис. 2.7). Зависимость динамической ошибки ε от времени t для систем в установившемся режиме имеет вид 
, (2.6). где х (t) - сигнал управления; у (t) - выходная характеристика.
При установившихся значениях хУСТ и уУСТ ошибка системы 
В зависимости от значения εУСТ и определяют тип системы.
Рисунок 2.7. Статическое (о) и астатическое (6) управление
Систему называют статической по отношению к управляющему воздействию, если при воздействии, стремящемся с течением времени к некоторому значению, ошибка также стремится к постоянному значению, зависящему от значения управляющего воздействия, т. е. статическая система не может обеспечить постоянства управляемого параметра при переменной нагрузке.
Систему называют астатической по отношению к управляемому воздействию, если при воздействии, стремящемуся к установившемуся значению, ошибка стремится к нулю независимо от значения воздействия.
Статические системы имеют менее сложное конструктивное решение, однако обладают погрешностью в подержании постоянства значения управляемого параметра у(t) при разных внешних нагрузках f(t).
Изменение у(t), которое вызывает у статической системы перемещение управляемого органа из одного предельного положения в другое, является важнейшей характеристикой статической системы и называется его неравномерностью. Отношение этой неравномерности к номинальному значению у(t) называют степенью неравномерности (статизмом).
Если при изменении нагрузки от нуля до номинального значения в статической системе значение управляемого параметра изменилось от nХ.Х до nНОМ (рис. 2.8), то статизмом системы будем называть отношение величины изменения управляемого параметра 
к значению параметра в режиме рабочего хода, т. е. 
Рисунок 2.8. Статическое (а) и астатическое (б) управление при изменении нагрузки от нуля до Р mах. Обычно статизм измеряют в процентах. Явление нежелательное, так как создается абсолютная статическая ошибка управления. Поэтому стремятся ее значительно уменьшить или вообще исключить. Для этого можно увеличить коэффициент передачи системы, применить принцип управления по возмущению или использовать астатическую систему.
26)Системы управления каждого уровня представляют собой подсистемы системы более высокого уровня. Каждый уровень характеризуется особенностями целей и операций управления. Первый (нижний) уровень иерархии состоит из множества систем управления отдельными технологическими операциями. Целью управления на этом уровне обычно является выбор и поддержание заданных режимов выполнения технологи-ческих операций. Здесь управление сводится к контролю параметров технологических режимов и к воздействию непосредственно на технологическую операцию. 
Второй уровень иерархии включает системы управления производственными участками и технологическими линиями. Основная цель управления такими объектами состоит в выборе и поддержании режима совместного функционирования агрегатов, станков и оборудования, на которых выполняются взаимосвязанные технологические операции, образующие технологический процесс. На этом уровне производится корректировка параметров каждой операции технологического процесса в зависимости от случайного или вынужденного изменения режимов других, связанных с ней операций. Совокупность систем управления первого и второго уровней будем называть системами управления технологическими процессами (СУТП) [4]. Третий уровень иерархии составляют системы управления цехами. Цель управления цехом организация выпуска заданного количества изделий конкретной номенклатуры в заданные сроки с требуемым качеством и наименьшими затратами. Для реализации такой цели в процессе управления необходимо выполнять функции организационного и экономического характера. Эта особенность качественно отличает критерии и алгоритмы управления, используемые на данном уровне, от применяемых в управлении технологическими процессами.
27)
Рис.23. Ключевые технологии разработки программного обеспечения ЧПУ
28) Последовательная структура, где в каждом элементе выпускается и потребляется лишь один продукт. Такая структура характерна для непрерывных производств и поточных линий. 
Сходящаяся структура , где в каждом технологическом элементе выпускается только один продукт, но потребляться могут несколько. Такая структура характерна для сборочных процессов в машиностроении. 
Расходящаяся структура , где в каждом технологическом элементе потребляется один продукт, а производится несколько. 
Структуры такого типа часто применяются в процессах непрерывного типа. Например, в листопрокатном производстве основным исходным продуктом является стальная заготовка. В ходе переработки она поэтапно превращается в различные изделия.
Структура с реверсом , где продукты, выпускаемые в последующих технологических элементах, частично потребляются в предыдущих. 